第1讲土的物理性质及工程分类

1、高等土力学与试验高等土力学与试验课程内容安排课程内容安排共共4040个学时个学时成绩评价分值构成成绩评价分值构成: : 平时交两次作业平时交两次作业;(;(占占2020分分) ) 出勤率出勤率;(;(占占2020分分) ) 开卷考试或考察大作业开卷考试或考察大作业;(;(占占6060分分) )第一讲第一讲 土力学简介及土力学简介及土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类1 绪论 1.1 土力学的研究对象土力学的研究对象 建筑物建筑物地基地基地壳地壳土或岩石土或岩石边坡边坡基础基础隧道隧道1.2 土力学研究方法和内容土力学研究方法和内容 地基：在地面或地面以下一定深度处修建建筑物，将使一地基

2、：在地面或地面以下一定深度处修建建筑物，将使一定范围内的地层改变其原有的应力状态，这一范围地层称定范围内的地层改变其原有的应力状态，这一范围地层称为地基，指对建筑物起支撑作用的那一部分土体或岩体。为地基，指对建筑物起支撑作用的那一部分土体或岩体。 土工建筑物：土坝、路堤与海堤等建筑物是以土做材料填土工建筑物：土坝、路堤与海堤等建筑物是以土做材料填筑起来的，称为土工建筑物。地下或半地下工程，土作为筑起来的，称为土工建筑物。地下或半地下工程，土作为周围的介质。周围的介质。 土力学方法土力学方法方法方法 相互渗透联系相互渗透联系 土质学：工程性质本质与机理土质学：工程性质本质与机理;土力学：把土看作

3、物理土力学：把土看作物理-力学系统力学系统;土力学研究的内容归结为三个主要问题：土力学研究的内容归结为三个主要问题： 变形问题：土的变形性质，与体应力计算，变形问题：土的变形性质，与体应力计算， 最终沉降计算，固结计算等；最终沉降计算，固结计算等；强度问题：土的强度性质、地基承载力、强度问题：土的强度性质、地基承载力、 土压力、边坡稳定计算；土压力、边坡稳定计算； 渗透稳定问题：土的渗透性质、渗透变形、渗透稳定问题：土的渗透性质、渗透变形、 渗透稳定性等。渗透稳定性等。 1.3 本课程的任务本课程的任务 1) 提供土的基本物理力学法则提供土的基本物理力学法则,提供地基基提供地基基础和土工结构的

4、设计计算方法及不良地基础和土工结构的设计计算方法及不良地基的处理措施的处理措施. 2) 基本掌握土工数值计算原理基本掌握土工数值计算原理, 3 ) 熟悉了解土的本构关系熟悉了解土的本构关系, 4 ) 掌握基本土工试验掌握基本土工试验.1.4 土力学理论的形成和发展土力学理论的形成和发展 经验时期经验时期 .古典理论时期古典理论时期: 1)1773-1776,Coulomb 提出了土的抗剪强度和滑动土楔的土提出了土的抗剪强度和滑动土楔的土压力理论压力理论; 2) Poncelet (1840),对线性滑动土楔作了更完善的解对线性滑动土楔作了更完善的解; 3)Rankine,(1857),从建立新

5、的土压力理论从建立新的土压力理论,深远影响深远影响; 4)Boussinesq,(1885),集中荷载下弹性半无限体应力和位移集中荷载下弹性半无限体应力和位移计算理论计算理论,为计算地基承载力和地基变形打下基础为计算地基承载力和地基变形打下基础; 5)Darcy,(1856),达西渗透公式达西渗透公式,研究土的渗流固结理论打下基研究土的渗流固结理论打下基础础. 6)Fellnius,(1922),提出了土坡分析方法提出了土坡分析方法.1.4土力学理论的形成和发展土力学理论的形成和发展 太沙基时期太沙基时期Terzaghi(1925),土力学出版土力学出版，所提出的有效压，所提出的有效压力理论，

6、一维固结理论，地基承载力理论。力理论，一维固结理论，地基承载力理论。 复杂本构模型时期复杂本构模型时期 1956年的美国科罗拉多州波德尔黏土抗剪学术会年的美国科罗拉多州波德尔黏土抗剪学术会议和议和Roscoe(1963)对伦敦黏土应力对伦敦黏土应力-应变关系的应变关系的研究为标志，进入复杂本构模型时期。研究为标志，进入复杂本构模型时期。 岩土力学的试验设备也在向高、精、尖发展。岩土力学的试验设备也在向高、精、尖发展。1.5 土力学的发展方向土力学的发展方向设计理论方面。考虑到地基的非均匀性，土力学试验和监测数据的离散设计理论方面。考虑到地基的非均匀性，土力学试验和监测数据的离散性，以及理论分析

7、的不确定性，用概率统计方法对地基进行可靠度分析。性，以及理论分析的不确定性，用概率统计方法对地基进行可靠度分析。国外已采用，我国正在建立。国外已采用，我国正在建立。土的本构模型研究。地基设计计算在很大程度上取决于土的本构模型选土的本构模型研究。地基设计计算在很大程度上取决于土的本构模型选择。参数过多，测试不易，需要进一步简化。择。参数过多，测试不易，需要进一步简化。土动力学方面。土动力学方面。土力学试验设备改进土力学试验设备改进复合地基和复合土体的设计复合地基和复合土体的设计1.7 岩土工程岩土工程 岩土工程是20 世纪60年代末到70年代初,将土力学及基础工程、工程地质学、岩体力学三者逐渐结

8、合为一体并应用于土木工程实际而形成的新学科。引用浙大的龚晓南总结岩土工程的12个方向：1 区域性土的分布和特性；区域性土的分布和特性；2 本构关系模型研究；本构关系模型研究；3 不同介质不同介质间相互作用及共同分析；间相互作用及共同分析；4 岩土工程测试技术；岩土工程测试技术； 5 岩土工程岩土工程问题的计算机分析；问题的计算机分析； 6 岩土工程可靠度设计；岩土工程可靠度设计；7 环境岩土工环境岩土工程；程；8 按沉降设计的理论；按沉降设计的理论； 9 基坑工程维护体系的稳定和变基坑工程维护体系的稳定和变形；形；10 复合地基；复合地基； 11 土动力学；土动力学； 12 特殊岩土问题特殊岩

9、土问题图片：高层建筑图片：高层建筑图片：高层建筑图片：长隧道图片：长隧道图片：高速公路（立交图片：高速公路（立交)2 2 土的物理性质土的物理性质2.1 2.1 土的生成土的生成: :2.1.1 2.1.1 定义：土力学中研究的土是指由不同成因的岩石定义：土力学中研究的土是指由不同成因的岩石, ,在长期在长期的自然历史过程中的自然历史过程中, ,经各种风化作用后经各种风化作用后, ,以不同的搬运方式以不同的搬运方式, ,在在不同地点沉积下来的矿物颗粒的松散集合体不同地点沉积下来的矿物颗粒的松散集合体. .2.1.2 2.1.2 土的风化作用。风化的作用有以下三种土的风化作用。风化的作用有以下三

10、种: : 物理风化物理风化: :岩石经受风岩石经受风霜霜雨雨雪的侵蚀雪的侵蚀, ,温度温度湿度的变湿度的变化化, ,发生不均匀膨胀与收缩发生不均匀膨胀与收缩, ,使岩石产生裂隙使岩石产生裂隙, ,崩解为碎块崩解为碎块. .这这种风化作用种风化作用, ,只改变颗粒的大小与形状只改变颗粒的大小与形状, ,不改变原来的矿物成不改变原来的矿物成分分, ,称为物理风化。物理风化生成的土为粗粒土，如碎石、砾称为物理风化。物理风化生成的土为粗粒土，如碎石、砾石和砂土等，这种土总称无粘性土。石和砂土等，这种土总称无粘性土。 化学风化：岩石的碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质相接触化学风化：岩石的碎屑与水、氧气和二

11、氧化碳等物质相接触时，逐渐发生化学变化，原来组成矿物的成分发生了改变，时，逐渐发生化学变化，原来组成矿物的成分发生了改变，产生一种新的成分产生一种新的成分次生矿物。这类风化称为化学风化。次生矿物。这类风化称为化学风化。化学风化生成的土为细粒土，具有粘结力，如粘土与粉质粘化学风化生成的土为细粒土，具有粘结力，如粘土与粉质粘土，总称为粘性土。土，总称为粘性土。 生物风化：由动物、植物和人类活动对岩体的破坏称生物风生物风化：由动物、植物和人类活动对岩体的破坏称生物风化，例如：长在岩石缝隙里的树，因树根伸展使岩石裂隙扩化，例如：长在岩石缝隙里的树，因树根伸展使岩石裂隙扩展开裂。展开裂。 2.1.3 2

12、.1.3 按照地按照地质质成因分土的堆成因分土的堆积类积类型型（不同自然（不同自然力力对对岩石岩石风风化化产产物物剥蚀剥蚀、搬、搬运运和堆和堆积积）1 1）残积土）残积土: :岩层表明经过风化破坏后未被搬运而残留碎屑堆积岩层表明经过风化破坏后未被搬运而残留碎屑堆积物；物；2)2)坡积土：由山坡高处岩石风化产物冲刷、搬运的堆积物；坡积土：由山坡高处岩石风化产物冲刷、搬运的堆积物；3 3）洪积土：暂时性山洪；）洪积土：暂时性山洪；4 4）冲积土：）冲积土： 江河水流；江河水流；5 5）湖沼积土：在湖泊或沼泽地的缓慢水流或静水的堆积物；）湖沼积土：在湖泊或沼泽地的缓慢水流或静水的堆积物；6 6）海积

13、土：海岸或江河入口处；）海积土：海岸或江河入口处；7 7）冰川积土：在严寒地区由冰川的地质作用生成的堆积物；）冰川积土：在严寒地区由冰川的地质作用生成的堆积物；8 8）风积土：由于风力作用。）风积土：由于风力作用。2.1.4 2.1.4 区域性特殊土与堆积年代对土的影响区域性特殊土与堆积年代对土的影响 某些地区的特殊条件形成了土的特殊物质成分和结构，这些土称为特殊土。 堆积年代对有些堆积土、特别是黏性土有重要的影响。2.1.5 土的特点：土的特点：土的松散性和孔隙性土的松散性和孔隙性土的工程性质的易变性土的工程性质的易变性 土层的不均匀性土层的不均匀性比一般的固体、流体比一般的固体、流体都复杂

14、，难以找到一都复杂，难以找到一种模型概括全部力学种模型概括全部力学性质，只能性质，只能“具体问题具体问题具体分析具体分析”总之，要自始自终抓住土的变形、强度、稳定性这一总之，要自始自终抓住土的变形、强度、稳定性这一重要线索，特别注意认识土的多样性、易变性特点，重要线索，特别注意认识土的多样性、易变性特点，掌握有关土工试验技术和地基勘察知识，正确评价现掌握有关土工试验技术和地基勘察知识，正确评价现场工程地质，才能用土力学基本知识解决问题。场工程地质，才能用土力学基本知识解决问题。2.2土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2.2.1 2.2.1 土的三相组成土的三相组成 自然界中的土体结构

15、组成十分复杂，为了分析问题方便，自然界中的土体结构组成十分复杂，为了分析问题方便，将其看成是三相，简化成一般的物理模型进行分析。将其看成是三相，简化成一般的物理模型进行分析。 土的三相，即土粒为土的三相，即土粒为固相固相；土中的水为；土中的水为液相液相；土中的气为；土中的气为气相气相。表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系。表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。主要指标有：的指标，称为土的三相比例指标。主要指标有：比重比重、天天然密度然密度、含水量含水量（这三个指标需用实验室实测）和由它们（这三个指标需用实验室实测）和由它们三位计算得出的指标三位计算得

16、出的指标干密度、饱和密度干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比孔隙率、孔隙比和和饱和度饱和度。这些指标随着土体所处的条件的变化而改变，。这些指标随着土体所处的条件的变化而改变，如地下水位的升高或降低，土中水的含量也相应增大或减如地下水位的升高或降低，土中水的含量也相应增大或减小；密实的土，其固相和液相占据的孔隙体积少。这些变小；密实的土，其固相和液相占据的孔隙体积少。这些变化都可以通过相应指标的数值反映出来。化都可以通过相应指标的数值反映出来。土的三相比例指标是其物理性质的反映，但与其力学土的三相比例指标是其物理性质的反映，但与其力学性质有内在联系，显然固相成分的比例越高，其压缩性越性质有内在联系，

17、显然固相成分的比例越高，其压缩性越小，抗剪强度越大，承载力越高。小，抗剪强度越大，承载力越高。 土的三相组成图土的三相组成图例题例题.例例1 :1 :某原状土样的基本指标某原状土样的基本指标: :比重比重G Gs s=2.67,=2.67,含水量含水量w=12.9%,w=12.9%,密度密度=1.67g/cm=1.67g/cm3 3. .试求该土样的孔隙比试求该土样的孔隙比e e和饱和度和饱和度S Sr r解解: :采用三相图来做采用三相图来做: :e1)129. 01 (67. 267. 1体积质量e11+ewGswGsw体积质量e/2.671/2.6710.1290.129解得解得: :e

18、=0.805. 由饱和度定义由饱和度定义: :%8 .42)67. 2805. 0(129. 0vwrvvs 土的固相土的固相 土的固体颗粒是由大小不等、形状不同的矿物颗粒或岩石碎屑按照土的固体颗粒是由大小不等、形状不同的矿物颗粒或岩石碎屑按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架。这些固体相的物各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架。这些固体相的物质称为质称为土粒土粒，是土中最稳定、变化最小的成分。土中的固体颗粒，是土中最稳定、变化最小的成分。土中的固体颗粒的大小和形状，矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的的大小和形状，矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。土

19、中不同大小颗粒的组合，也就是各种不同粒径的颗粒重要因素。土中不同大小颗粒的组合，也就是各种不同粒径的颗粒在土中的相对含量，称土的在土中的相对含量，称土的颗粒组成颗粒组成；组成土中各种土粒的矿物种；组成土中各种土粒的矿物种类及其相对含量称土的类及其相对含量称土的矿物组成矿物组成。土的颗粒组成与矿物组成是决定。土的颗粒组成与矿物组成是决定土的物理力学性质的物质基础。土的物理力学性质的物质基础。 土的骨架颗粒扫描电镜照片 水是土的液体相组成部分。水对无粘性水是土的液体相组成部分。水对无粘性土的工程地质性质影响较小，但粘性土土的工程地质性质影响较小，但粘性土中水是控制其工程地质性质的重要因素，中水是控

20、制其工程地质性质的重要因素，如粘性土的如粘性土的可塑性可塑性、压缩性压缩性及其及其抗剪性抗剪性等，都直接或间接地与其含水量有关。等，都直接或间接地与其含水量有关。粘性土中的水按其赋存状态可分为结合粘性土中的水按其赋存状态可分为结合水和自由水。实验表明，极细的土水和自由水。实验表明，极细的土粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形成粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电场，由于水分子是极性分子，即一端电场，由于水分子是极性分子，即一端为正电荷，另一端显负电荷，在土粒电为正电荷，另一端显负电荷，在土粒电场范围内的水分子和阳离子一起吸附在场范围内的水分子和阳离子一起吸附在土粒表面而定向排列形成一层薄的水膜，土

21、粒表面而定向排列形成一层薄的水膜，这层水就称为结合水。结合水可分为强这层水就称为结合水。结合水可分为强结合水和弱结合水。强结合水是指紧靠结合水和弱结合水。强结合水是指紧靠土粒表面的结合水，它没有溶解盐类的土粒表面的结合水，它没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力；弱结合水紧能力，不能传递静水压力；弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。它仍然不能传递静水压力，但水膜较厚它仍然不能传递静水压力，但水膜较厚的弱结合水能向邻近较薄的水膜缓慢移的弱结合水能向邻近较薄的水膜缓慢移动。动。显然越靠近土粒的水，被吸引的静电引显然越靠近土粒的水，被吸引的静电引力就越强，

22、水分子越不容易自由移动；力就越强，水分子越不容易自由移动；远离土粒，水分子自由移动的能力越来远离土粒，水分子自由移动的能力越来越强，到只受重力影响，可自由流动的越强，到只受重力影响，可自由流动的水称为自由水，自由水传递静水压力。水称为自由水，自由水传递静水压力。 土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。分为两土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。分为两种种,一种是在粗粒的沉积物中常见到与大气相通的空气，它一种是在粗粒的沉积物中常见到与大气相通的空气，它对土的力学性质影响不大。另一种是在细粒土中则常存在对土的力学性质影响不大。另一种是在细粒土中则常存在与大气隔绝的封闭气泡，使土在外力作

23、用下弹性变形增加，与大气隔绝的封闭气泡，使土在外力作用下弹性变形增加，透水性减小。透水性减小。对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物的分解作用，对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物的分解作用，在土中蓄积了某种可燃气体（如硫化氢、甲烷等），使土在土中蓄积了某种可燃气体（如硫化氢、甲烷等），使土层在自重作用下长期得不到压密，而形成高压缩性土层。层在自重作用下长期得不到压密，而形成高压缩性土层。2.2.2土的物理性质指标土的物理性质指标土体三相间量的比例关系称为土的物理性质指土体三相间量的比例关系称为土的物理性质指标标, ,有些必须通过试验测定有些必须通过试验测定, ,称为实测指标称为实测指标, ,包

24、包括密度括密度天然含水率和土粒比重天然含水率和土粒比重. .另外一些根另外一些根据实测指标经过换算得出来的称为换算指标据实测指标经过换算得出来的称为换算指标, ,又称为计算指标又称为计算指标, ,包括干重度包括干重度孔隙比孔隙比孔隙孔隙率率饱和率等饱和率等, ,它们可以反映出土的软硬它们可以反映出土的软硬干干湿湿密度状况用来评价土的工程性质密度状况用来评价土的工程性质. .土粒比重：土粒质量与同体积的土粒比重：土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比，一般用时纯水的质量之比，一般用Gs表示，表示，无量纲。即：无量纲。即：Gs= s / w1 式中式中s土粒密度（土粒密度（g/cm3）；）；w1纯水

25、在纯水在4时的密度（单位体积的质量），等于时的密度（单位体积的质量），等于1g/cm3或者或者1t/m3。实际上，土粒比重在数值上就等于土粒密度，但前者无因次。土粒实际上，土粒比重在数值上就等于土粒密度，但前者无因次。土粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.62.8；有机质土为；有机质土为2.42.5。同一种类的土，其比重变化幅度很小。同一种类的土，其比重变化幅度很小。土粒比重可在试验室内用比重瓶测定。将置于比重瓶内的土样在土粒比重可在试验室内用比重瓶测定。将置于比重瓶内的土样在105-110下烘干后冷却至室温用精密天平测其质量，用排水法测得土粒下烘

26、干后冷却至室温用精密天平测其质量，用排水法测得土粒体积，并求得同体积体积，并求得同体积4纯水的质量，土粒质量与其比值就是土粒比重。纯水的质量，土粒质量与其比值就是土粒比重。由于比重变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。由于比重变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。实测指标实测指标-土粒比重天然含水率土粒比重天然含水率密度密度 土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般用土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表表示，以百分数计，即：示，以百分数计，即： 含水量含水量w是反映土的湿度的一个重要物理指标。天然状是反映土的湿度的一个重要物理指标。天然状态下土层的含水量称天然含水量，其变化范

27、围很大，与态下土层的含水量称天然含水量，其变化范围很大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。一般干的粗砂土，其值接近于零，而饱和砂土，可达一般干的粗砂土，其值接近于零，而饱和砂土，可达40%；坚硬的粘性土的含水量约小于；坚硬的粘性土的含水量约小于30%，而饱和状态，而饱和状态的软粘性土（如淤泥），则可达的软粘性土（如淤泥），则可达60%或更大。一般说来，或更大。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。土的含水量一般用土的含水量一般用烘干法烘干法测定。先称小块原状土测定。先称小块原状土

28、样的湿土质量，然后置于烘干箱内维持样的湿土质量，然后置于烘干箱内维持100-105烘至恒烘至恒重，再称干土质量，湿、干土质量之差与干土质量的比重，再称干土质量，湿、干土质量之差与干土质量的比值，就是土的含水量。值，就是土的含水量。通常用通常用”环刀法环刀法”测定土体天然密度测定土体天然密度 ,再算得天然重度再算得天然重度天然重力密度与天然质量密度天然重力密度与天然质量密度: :vwVM天然质量密度天然质量密度,常用单位常用单位t/m3天然重度天然重度,常用单位常用单位KN/m3换算指标换算指标名称名称定义定义公式公式单位单位干密度干密度干重度干重度单位体积土粒质量单位体积土粒质量单位体积土粒重

29、量单位体积土粒重量d= d= m ms s/V/Vr rd= d= w ws s/V/Vg/cm3kN/m3饱和密度饱和密度饱和重度饱和重度 饱和状态单位体积土粒质量饱和状态单位体积土粒质量饱和状态单位体积土粒重量饱和状态单位体积土粒重量sat= (sat= (m ms s+Vv+Vv ww)/V)/Vrsat=(ws+vvrw)/Vg/cm3kN/m3浮重度浮重度在水下单位体积有效重量在水下单位体积有效重量r/=(ws-vsrw)/VkN/m3孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率土体中孔隙体积与土粒体土体中孔隙体积与土粒体积之比积之比土体中孔隙体积与土体体土体中孔隙体积与土体体积之比积之比e=vv/vs

30、n=vv/v*100%饱和度饱和度土中孔隙体积被水体积占土中孔隙体积被水体积占有的程度有的程度Sr=vw/vv*100%2.2.3土的结构性土的结构性土的结构是指土粒和粒团的排列方式土的结构是指土粒和粒团的排列方式, ,以及以及粒间联结的特征粒间联结的特征, ,它在地质作用中逐渐形成它在地质作用中逐渐形成, ,与土的矿物成分与土的矿物成分, ,颗粒形状和条件有关颗粒形状和条件有关, ,通通常土的形状可分为三种基本类型常土的形状可分为三种基本类型, ,单粒结构单粒结构蜂窝和絮凝结构蜂窝和絮凝结构. .土的结构性是指天然的结构扰动后土的结构性是指天然的结构扰动后, ,土原有土原有的物理力学性质降低

31、的特性的物理力学性质降低的特性. .一般粘性土具一般粘性土具有结构性有结构性, ,砂土不具有结构性砂土不具有结构性, ,评价土的结评价土的结构性强弱用灵敏度来评价构性强弱用灵敏度来评价. .2.2.4土的物理状态指标土的物理状态指标 土的物理状态指标主要指土的轻重土的物理状态指标主要指土的轻重干湿干湿软硬软硬和松密和松密. .其中土体的松密和软硬对工程性质具有十其中土体的松密和软硬对工程性质具有十分重要的影响分重要的影响. . 对无粘性土主要评价其对无粘性土主要评价其: :密实程度即松密状态密实程度即松密状态; ; 对粘性土主要评价其对粘性土主要评价其: :软硬程度即稠度软硬程度即稠度. .

32、显然显然, ,较密实的和较硬的土具有较高的强度和较低较密实的和较硬的土具有较高的强度和较低的压缩性的压缩性. .砂土的密实状态砂土的密实状态 无粘性土的密实度指的是无粘性土的密实度指的是碎石土和砂土碎石土和砂土的疏密程度。的疏密程度。密实的无粘性土由于密实的无粘性土由于压缩性压缩性小，小，抗剪强度抗剪强度高，高，承载力承载力大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，且强度结构是不稳定的，在外力作

33、用下很容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。如它位于地下水位以下，在动荷也低，很难作天然地基。如它位于地下水位以下，在动荷载作用下还有可能由于超静水压力的产生而发生液化。例载作用下还有可能由于超静水压力的产生而发生液化。例如我国海城如我国海城1975.2.41975.2.4的的7.37.3级地震，震中区以西级地震，震中区以西25-60km25-60km的的下辽河平原，发生强烈砂土液化，大面积喷砂冒水，许多下辽河平原，发生强烈砂土液化，大面积喷砂冒水，许多道路、桥梁、工业设施、民用建筑遭受破坏。道路、桥梁、工业设施、民用建筑遭受破坏。1976.7.281976.7.28唐山的唐山的7.87.

34、8级地震，也引起大区域的砂土液化。因此，凡级地震，也引起大区域的砂土液化。因此，凡工程中遇到无粘性土时，首先要注意的就是它的密实度。工程中遇到无粘性土时，首先要注意的就是它的密实度。 密实度的评价方法有三种：密实度的评价方法有三种：1 1、 室内测试孔隙比确定室内测试孔隙比确定相对密实度相对密实度的方法的方法2 2、 利用利用标准贯入试验标准贯入试验等原位测试方法等原位测试方法3 3、 野外观测方法野外观测方法相对密实度：相对密实度： 最大孔隙比emax与天然孔隙比e之差和最大孔隙比emax与最小孔隙比emin之差的比值，以Dr表示。即： 最小孔隙比是最紧密状态的孔隙比，用符号emin表示；用

35、振击法测定。最大孔隙比是土处于最疏松状态时的孔隙比，用符号emax表示；用松砂器法测定。根据Dr值可把砂土的密实度状态划分为下列三种：1Dr0.67 密实的0.67Dr0.33 中密的0.33Dr0 松散的相对密实度试验适用于透水性良好的无粘性土，如纯砂、纯砾等。一般情况很难保证砂土的原状结构，因此很难测得天然孔隙比e，工程中常用标准贯入击数N确定砂土的密实度。 minmaxmaxeeeeDr标准贯入试验标准贯入试验 标准贯入试验(SPT)是动力触探的一种，它利用一定的锤击动能（锤重63.50.5kg，落距762cm），将一定规格的对开管式的贯入器(对开管外径511mm、内径351mm，长度4

36、57mm；下端接长度761mm、刃角1820、刃口端部厚1.6mm的管靴；上端接一内外径与对开管相同的钻杆接头，长152mm)打入钻孔孔底的士中，根据打入土中的贯阻抗，判别土层的工程性质。贯入阻抗用贯入器贯入土中30cm的锤击数N表示，N也称为标贯击数。该实验的的应用主要有评定砂土的相对密度、评定地基土承载力、估算单桩承载力等。以下提供前两方面的经验数据。 野外观测方法野外观测方法 粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态 土的水理性质一般指的是粘性土的土的水理性质一般指的是粘性土的液限、塑限液限、塑限（由实验室测得）及由（由实验室测得）及由这两个指标计算得来的这两个指标计算得来的液性指数液性指数和和

37、塑性指数塑性指数。这几个指标也是工程中。这几个指标也是工程中必需提供的。对于饱和粘性土还有必需提供的。对于饱和粘性土还有灵敏度和触变性灵敏度和触变性。粘性土由于含水量的不同，分为固态、可塑状态和流动状态，这粘性土由于含水量的不同，分为固态、可塑状态和流动状态，这即是粘性土的稠度状态。各稠度状态间的临界含水量称即是粘性土的稠度状态。各稠度状态间的临界含水量称界限含水量界限含水量，界限含水量随粘粒含量和矿物成份的不同变化较大，也反映出工程地界限含水量随粘粒含量和矿物成份的不同变化较大，也反映出工程地质性质的显著差别。因此界限含水量及界限含水量与质性质的显著差别。因此界限含水量及界限含水量与天然含水

38、量天然含水量的关的关系，即塑性指数和液性指数，往往作为土的分类和确定系，即塑性指数和液性指数，往往作为土的分类和确定地基承载力地基承载力的的重要参数。重要参数。天然状态下的粘性土具有一定的结构。当受到外来因素的扰动时，天然状态下的粘性土具有一定的结构。当受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破土粒间的胶结物质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的强度降低和压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，一坏，土的强度降低和压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度来反映。般用灵敏度来反映。塑限和液限塑限和液限土由半固态到可塑状态的界限含

39、水量称为塑限，土由半固态到可塑状态的界限含水量称为塑限，用用wpwp表示，用表示，用“搓条法搓条法”测定。即用双手将天测定。即用双手将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于然湿度的土样搓成小圆球（球径小于10mm10mm），），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土条，放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土条，用力均匀，搓到土条直径为用力均匀，搓到土条直径为3mm3mm，出现裂纹，出现裂纹，自然断开，这时土条的自然断开，这时土条的含水量含水量就是塑限就是塑限wp值。值。土由可塑状态到流动状态的界限含水量称为液土由可塑状态到流动状态的界限含水量称为液限，用限，用wLwL表示，我国采用锥式液限仪来测定。表

40、示，我国采用锥式液限仪来测定。其工作过程是：将其工作过程是：将粘性土粘性土调成均匀的浓糊状，调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯口表面，将装满盛土杯，刮平杯口表面，将7676克重圆锥体克重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样，若圆锥体经徐沉入试样，若圆锥体经5 5秒种恰好沉入秒种恰好沉入10mm10mm深度，这时杯内土样的含水量就是液限深度，这时杯内土样的含水量就是液限wLwL值。值。为了避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁为了避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁放锥的方法。放锥的方法。塑性指数塑性指数 塑性指数是指液限和塑限的差值（

41、省去%号），即土处在可塑状态的含水量变化范围，用IP表示。Ip= wL - wp显然，塑性指数愈大，土处于可塑状态的含水量范围也愈大。塑性指数的大小与土中结合水的可能含量有关，土中结合水的含量与土的颗粒组成、矿物组成以及土中水的离子成分和浓度等因素有关。由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此，在工程上常按塑性指数对粘性土进行分类。 液性指数液性指数pppLpLIwwwwwwI状态坚硬硬塑可塑软塑流塑液性指数IL 00IL0.250.25 IL 0.750.751.0液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。用IL表示。即： 从式中可见：当土的天然含水

42、量w小于wp时，IL小于0，天然土处于坚硬状态；当w大于wL时，IL大于1，天然土处于流动状态；当w在wp与wL之间时，即IL在01之间，则天然土处于可塑状态。因此，可以利用液性指数IL来表示粘性土所处的软硬状态。IL值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬。建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）规定粘性土按液性指数值划分为：土的击实特性土的击实特性土的击实性是指土在反复冲击荷载作用下能被压密的特性。击实土是土的击实性是指土在反复冲击荷载作用下能被压密的特性。击实土是最简单易行的土质改良方法，常用于填土压实。通过研究土的最优含最简单易行的土质改良方法，常用于填土压实。通过研究土的最优含水量和最大干密度

43、，来提高击实效果。最优含水量和最大干密度采用水量和最大干密度，来提高击实效果。最优含水量和最大干密度采用现场或室内现场或室内击实试验击实试验测定。测定。在工程建设中，经常遇到填土压实的问题，例如修筑道路，堤坝，在工程建设中，经常遇到填土压实的问题，例如修筑道路，堤坝，飞机厂，运动场，挡土墙，埋设管道，建筑物地基的回填等。为了提飞机厂，运动场，挡土墙，埋设管道，建筑物地基的回填等。为了提高填土的强度，增加土的密实度，降低其高填土的强度，增加土的密实度，降低其透水性透水性和和压缩性压缩性，通常用分，通常用分层压实的办法来处理地基。层压实的办法来处理地基。实践经验表明，对过湿的土进行夯实或碾压时就会

44、出现软弹现象实践经验表明，对过湿的土进行夯实或碾压时就会出现软弹现象（俗称（俗称橡皮士橡皮士），此时），此时土的密度土的密度是不会增大的。对很干的土进行夯是不会增大的。对很干的土进行夯实或碾压，显然也不能把土充分压实。所以，要使土的压实效果最好，实或碾压，显然也不能把土充分压实。所以，要使土的压实效果最好，其含水量一定要适当。在一定的压实能量下使土最容易压实，并能达其含水量一定要适当。在一定的压实能量下使土最容易压实，并能达到最大干密度时的到最大干密度时的含水量含水量，称为土的最优含水量（或称最佳含水量），称为土的最优含水量（或称最佳含水量），用用wop表示。相对应的干密度叫做最大表示。相对应

45、的干密度叫做最大干密度干密度，以，以dmax 表示。表示。土的最优含水量可在试验室内进行击实试验测得。试验时将同一土的最优含水量可在试验室内进行击实试验测得。试验时将同一种土，配制成若干份不同含水量的试样，用同样的压实能量分别对每种土，配制成若干份不同含水量的试样，用同样的压实能量分别对每一份试样进行击实后，测定各试样击实后的含水量一份试样进行击实后，测定各试样击实后的含水量w和干密度和干密度rd ，从，从而绘制含水量与干密度关系曲线，称为压实曲线。而绘制含水量与干密度关系曲线，称为压实曲线。压实曲线压实曲线土的击实特性影响因素土的击实特性影响因素 土类和级配的影响 含水量的影响 击实功的影响

46、2.2.5土的工程分类土的工程分类 土力学根据土的工程性质对土进行分类土力学根据土的工程性质对土进行分类,所以叫工程分类所以叫工程分类;世界各国世界各国各地区各地区各部门各部门,往往根据自己的地区往往根据自己的地区行业特行业特点点,制定自己的分类标准制定自己的分类标准。我国的各个部门也都制定了结我国的各个部门也都制定了结合本专业的不同的分类方法合本专业的不同的分类方法.如建筑如建筑水利港工公路水利港工公路等专业的分类等专业的分类. 下面介绍下面介绍建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范土的粒径组成和矿物成分土的粒径组成和矿物成分 建筑、铁路部门的规定；建筑、铁路部门的规定； 水利部门的规定；

47、水利部门的规定；土粒被分为六组：漂（块）石、卵（碎）石、圆（角）砾、土粒被分为六组：漂（块）石、卵（碎）石、圆（角）砾、 砂粒、粉粒、黏粒。砂粒、粉粒、黏粒。粒径分析粒径分析（1）筛分法；（）筛分法；（2）斯托克斯公式及密度计法）斯托克斯公式及密度计法土的矿物特性：原生矿物、次生矿物、有机质土的矿物特性：原生矿物、次生矿物、有机质 粒组粒组:相邻的两分界粒径之间的性质相近的土类相邻的两分界粒径之间的性质相近的土类.常常把常常把土在性质上表现出的明显差异的分界粒径作为划分粒组土在性质上表现出的明显差异的分界粒径作为划分粒组依据依据. 土粒大小分组土粒大小分组:漂石或块石颗粒漂石或块石颗粒;卵石或碎石颗粒卵石或碎石颗粒;圆砾圆砾或角砾颗粒或角砾颗粒;砂粒砂粒;粉粒粉粒;粘粒粘粒. 土的颗粒级配土的颗粒级配:土中各种粒组的相对含量土中各种粒组的相对含量(占土粒总质量占土粒总质量的百分数表示的